DE2303495C2 - Herstellung von Ergosterin und seinen Estern - Google Patents
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Description
Erfindungsgegenstana ist das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren. Der Anspruch 2 nennt eine
Ausgestaltung dieses Verfahrens.
Ergosterin und seine Ester sind wichtig als Ausgangsverbindungen für die Synthese von Vitamin D und als
Vorstufe für die Herstellung von synthetischen Steroidhormonen und sind sehr begehrt.
Ergosterin ist als Bestandteil der Zellen von Schimmelpilzen und Hefen bekannt und wird durch
Züchtung von Saccharomyces cerevisiae gewonnen, wobei der Mikroorganismus veranlaßt wird, Ergosterin
intrazellulär anzuhäufen und das Ergosterin aus den Zellen extrahiert wird. Der Ergosteringehalt in den
Zellen ist jedoch nicht sehr hoch, weil Ergosterin als Bestandteil der Zellen vom Stoffwechselsystem der
Zellen abhängt. Der Produktionssteigerung nach diesem bekannten Verfahren ist somit eine Grenze gesetzt. Die
Extraktion der Zellen ist ferner ziemlich umständlich und führt zu hohen Produktionskosten. Aufgabe der
Erfindung ist es daher, ein neues Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Ergosterin oder seinen Estern
vorteilhafter und wirtschaftlicher ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit dem beanspruchten Verfahren gelöst.
Die für die Zwecke der Erfindung verwendeten Mikroorganismen vermögen Ergosterin oder seine
Ester extrazellulär anzuhäufen. Aufgrund der extrazellulär angehäuften großen Menge der Endprodukte und
der leichten Reinigung dieser Verbindungen werden beim Verfahren gemäß der Erfindung Ergosterin oder
seine Ester in hoher Ausbeute erhalten.
Die erfindungsgemäß verwendeten Mikroorganismen sind beim Institute for Fermentation, Osaka, Japan
unter den jeweiligen IFO-Nummern hinterlegt und der Öffentlichkeit zugänglich.
Verschiedene Arten von Estern von Ergosterin mit Fettsäuren können ausschließlich oder gleichzeitig mit
freiem Ergosterin durch Züchtung der verwendeten Mikroorganismen hergestellt werden. In Frage kommen
beispielsweise Ester mit Fettsäuren, die 2 bis 19 C-Atome enthalten. Als typische Beispiele solcher
Fettsäuren sind niedere Fettsäuren wie Essigsäure und höhere Fettsäuren mit 14 bis 18 C-Atomen, z.B.
Palmitinsäure. Stearinsäure und Oleinsäure, zu nennen.
Durch Zugabe der gewünschten Fettsäure oder ihrer Derivate, z. B. der Ester, zum Kulturmedium können die
verschiedensten Arten von Fettsäureestern von Ergosterin hergestellt werden. Wenn die vorstehend
genannten Fettsäuren dem Kulturmedium zugesetzt werden, ist es möglich, das gebildete Ergosterin in Form
der entsprechenden Fettsäureester zu isolieren.
Die Mikroorganismen können auf e.nem festen
Medium oder in einem flüssigen Medium gezüchtet lu werden, jedoch ist für die Großherstellung die
Verwendung eines flüssigen Mediums zweckmäßig. Bei Verwendung eines flüssigen Mediums kann die Züchtung
unter Schütteln oder unter Belüftung und Rührung durchgeführt werden.
Das für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Kulturmedium enthält assimilierbare Kohlenstoffquellen,
verwertbare Stickstoffquellen, anorganische Salze und Wachstumsfaktoren.
Als Kohlenstoffquellen eignen sich beispielsweise Kohlenwasserstoffe, z. B. Normalparaffine, insbesondere Cio—C2o-Paraffine (z. B. Decan, Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, Pentadecan, Hexadecan, Heptadecan, Octadecan, Nonadecan und Eicosan) und ihre Gemische, Saccharide (z. B. Glucose, Saccharose, Stärke, lösliche Stärke, Endmelasse, Xylose und Galactose), Glycerin, Inosit, Mannit, Hirsegel, Sorbit, Dextrin, Essigsäure, Methanol und Äthanol. Die Kohlenwasserstoffe, insbesondere η-Paraffine, können im Medium als geeignetste Kohienstoffquellen zur Anhäufung einer großen Menge von Ergosterin oder seinen Estern im Medium verwendet werden.
Als Kohlenstoffquellen eignen sich beispielsweise Kohlenwasserstoffe, z. B. Normalparaffine, insbesondere Cio—C2o-Paraffine (z. B. Decan, Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, Pentadecan, Hexadecan, Heptadecan, Octadecan, Nonadecan und Eicosan) und ihre Gemische, Saccharide (z. B. Glucose, Saccharose, Stärke, lösliche Stärke, Endmelasse, Xylose und Galactose), Glycerin, Inosit, Mannit, Hirsegel, Sorbit, Dextrin, Essigsäure, Methanol und Äthanol. Die Kohlenwasserstoffe, insbesondere η-Paraffine, können im Medium als geeignetste Kohienstoffquellen zur Anhäufung einer großen Menge von Ergosterin oder seinen Estern im Medium verwendet werden.
Als Stickstoffquellen eignen sich beispielsweise Bestandteile oder Extrakte von Tieren (z. B. Pepton,
Fleischextrakt und Casein), Bestandteile oder Extrakte von Pflanzen (z. B. Maisquellwasser, entfettetes Sojabohnenmehl,
Trockenhefe, Hefeextrakt, Proteinhydrolysate [z. B. das enzymatische Hydrolysat von Sojabohnenprotein
oder Caseinhydrolysat], Sojabohnenmehl, Baumwollsaatmehl, Reiskleie und Weizenkleie), Ammoniumsalze
von organischen Säuren (Ammoniumsuccinat, Ammoniumtartrat und Ammoniumacetat), anorganische
Stickstoffverbindungen (z. B. Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat und Ammoniumphosphat) und organische
Stickstoffverbindungen (z. B. Harnstoff).
Als anorganische Salze werden beispielsweise Phosphorsäuresalze und Metallsalze, z. B. Kaliumsalze,
Magnesiumsalze oder Calciumsalze, verwendet.
Als Wachstumsfaktoren werden beispielsweise Vitamine, z. B. Biotin oder Thiamin, verwendet.
Die Kultivierungsbedingungen, d. h. der pH-Wert des Mediums, die Kultivierungstemperatur und Kultivierungszeit,
werden so gewählt, daß der Mikroorganismus Ergosterin oder seine Ester in maximaler Menge
anhäuft. Beispielsweise wird bei der Schüttelkultur oder Submerskultur die Züchtung vorteilhaft bei einer
Temperatur von 15 bis 45°C, am besten 20 bis 38°C und bei einem pH-Wert von 2 bis 9, am besten 4 bis 8,10 bis
360 Stunden, am besten 72 bis 192 Stunden durchgeführt.
Die Isolierung und Reinigung des angehäuften Ergosterins oder der angehäuften Ester von Ergosterin
erfolgen in an sich bekannter üblicher Weise. Beispielsweise kann das Kulturmedium mit einem organischen
Lösungsmittel, z. B. η-Hexan, Cyclohexan, Benzol,
Äthylacetat, Butylacetat und Chloroform, extrahiert werden. Die Extraktion kann gegebenenfalls nach der
Entfernung des Mycels vorgenommen werden. Die Produkte gehen bei der Extraktion in das organische
Lösungsmittel Ober. Die Schicht des organischen Lösungsmittels wird abgetrennt und unter vermindertem
Druck eingedampft, wobei als Rückstand ein brauner Sirup erhalten wird. Der Rückstand wird in
Chloroform gelöst und die Lösung über eine mit Kieselgel oder Aluminiumoxyd gefüllte Säule geleitet.
Als Entwickler für die Elution wird Chloroform, Petroläther oder Erdölbenzin verwendet. Isoliert
werden die Fraktionen, die eine starke Absorption bei 283 ΐημ zeigen.
Diese isolierten Anteile werden in einem Lösungsmittel, z. B. Hexan und Äthanol, gelöst und in einem kalten
Raum stehen gelassen, wobei sich das gewünschte Produkt in Form von Kristallen abscheidet
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter erläutert Hierin verstehen sich die Teile als
Gewichtsteile, faüs nicht anders angegeben. Gewichtsteile verhalten sich zu Raumteilen wie Gramm zu ml.
10 Japan 83 [1962], 107) genannten Werten gut überein.
Das Produkt enthält Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatome. Die Elementaranalyse ergibt 82,8% C
und 11,6% H. Das Molekulargewicht wird durch Masserispektrometrie mit 635 ermittelt Das Infrarotspektrum
ist mit dem in der Literatur veröffentlichten Infrarotspektrum völlig identisch.
Die Mutterlauge, die bei der Entfernung der Kristalle von Ergosterylpalmitat durch Filtration zurückbleibt
wird eingedampft und in Chloroform gelöst Die Chloroformlösung wird durch eine Kieselgelsäule
geleitet, worauf mit Chloroform eluiert wird.
Die auf die Elution von Ergosterylpalmitat folgenden Anteile werden aufgefangen und eingeengt, wobei 0,2
Gew.-Teile Ergosterin in Form eines gelben Pulvers erhalten werden. Das Produkt ist in den physikalischen
und chemischen Eigenschaften mit einer authentischen Probe von Ergosterin identisch.
20
Eine Kultur von Fusarium sp. IFO 8884 wird auf einen schräg erstarrten Nährboden (pH 6,5) geimpft, der 1%
Malzextrakt, 1 % Glucose, 1 % Polypepton und 2% Agar enthält, und 168 Stunden bebrütet.
50 Raumteile eines Impfkulturmediums (pH 6,5), das 2% Glucose, 2% Sojabohnenmehl, 0,1% KH2PO4 und
0,5% Sojabohnenöl enthält, wird in einen Fermenter gegossen, der ein Fassungsvermögen von 300 Raumteilen
hat. Nach Sterilisation für 20 Minuten bei 120°C wird
das Medium zur Herstellung einer Impfkultur mit dem auf der Schrägkultur wachsenden Mycel geimpft und
dann 48 Stunden bei 24°C gehalten.
1000 Raumteile eines Fermentationsmediums (pH 6,5), das 13% η-Paraffin (Gemisch von Decan, Undecan,
Dodecan und Tridecan), 7% Polypepton S, 0,8% KH2PO4, 0,2% K2HPO4, 0,1% FeSO4 · 7 H2O, 0,05%
MgSO4 · 7 H2O, 0,01% CaCl2 ■ 2 H2O, 0,5% Sojabohnenöl,
0,5% Polyoxyäthylensorbitanmonostearat und 1% CaCO3 enthält, wird in einen Fermenter gegossen,
der ein Fassungsvermögen von 3000 Raumteilen hat. Nach Sterilisation für 20 Minuten bei 120°C wird das
Medium mit 50 Raumteilen der oben genannten Impfkultur geimpft und dann 90 Stunden bei 24°C
bebrütet.
Das hierbei erhaltene Kulturmedium wird zur Entfernung des Mycels zentrifugiert. Die Kulturflüssigkeit
wird dreimal mit dem 0,5fachen Cyclohexanvolumen extrahiert. Die Cyclohexanschichten werden
isoliert und durch Behandlung mit Natriumsulfat getrocknet und dann unter vermindertem Druck
eingedampft. Das hierbei erhaltene Konzentrat wird in Chloroform gelöst. Die Chloroformlösung wird der
Säulenchromatographie an Kieselgel unterworfen, wobei Petroläther als Entwickler verwendet wird.
Von den Petrolätheifraktionen werden diejenigen, die eine starke Absorption bei 283 πιμ zeigen,
aufgefangen und eingeengt. Der Rückstand wird in Äthanol gelöst und zwei Tage in einem kalten Raum
stehen gelassen. Die ausgefällten rohen farblosen feinen Nadeln werden abfiltriert und aus Äthanol umkristallisiert,
wobei 0,650 Gew.-Teile Ergosterylpalmitat in Form von farblosen Plättchen erhalten werden.
Die Kristalle haben einen Schmelzpunkt von 1080C
und eine in Chloroformlösung gemessene optische (,5
Drehung von [λ] " = —58°. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften stimmen mit den in der
Literatur (z. B. Journal of the Parmaceutical Society of
Eine Kultur von Trichoderma sp. IFO 6355 wird auf einen in Röhrchen schräg erstarrten Nährboden, der 1%
Malzextrakt, 1 % Glucose, 1 % Polypepton und 2% Agar enthält, geimpft und 168 Stunden bei 24°C bebrütet.
50 Raumteile eines Nährmediums (pH 6,5) für eine Impfkultur, das 2% Glucose, 2% Sojabohnenmehl, 0,1%
KH2PO4 und 0,5% Sojabohnenöl enthält, wird in einen
Fermenter mit einem Fassungsvermögen von 300 Raumteilen gegossen. Nach Sterilisation für 20 Minuten
bei 1200C wird das Nährmedium mit dem Mycel der Schrägkultur geimpft und dann zur Bildung einer
Impfkultur 48 Stunden bei 24°C gehalten.
Je 20 Raumteile eines Fermentationsmediums (pH 6,5), das 13% η-Paraffin (Gemisch von Decan, Undecan,
Dodecan und Tridecan), 7% Polypepton S, 0,8% KH2PO4, 0,2% K2HPO4, 0,1% FeSO4 · 7 H2O, 0,05%
MgSO4 · 7 H2O, 0,01% CaCl2 ■ 2 H2O, 0,5% Sojabohnenöl,
0,5% Polyoxyäthylensorbitanmonostearat und 1% CaCO3 (getrennt sterilisiert) enthält, werden in 50
Fermenter gegossen, die ein Fassungsvermögen von jeweils 200 Raumteilen haben. Nach Sterilisation für 20
Minuten bei 120"C wird jedes Medium mil I Raumteil
der Impfkultur geimpft und dann 90 Stunden bei 24°C bebrütet. Nach der Bebrütung werden die Kulturmedien
zusammengegossen, worauf das Mycel durch Zentrifugieren entfernt wird. Die Kulturflüssigkeit wird dreimal
mit dem halben Volumen η-Hexan extrahiert. Die Hexanschicht wird mit Natriumsulfat getrocknet und
dann unter vermindeitem Druck eingedampft. Das
Konzentrat wird in Chloroform gelöst und der Säulenchromatographie an Kieselgel unterworfen.
Eluatanteile mit hoher Extinktion bei 283 ιημ werden
aufgefangen, eingeengt und in η-Hexan gelöst. Die Lösung wird zwei Tage in einem kalten Raum stehen
gelassen. Die ausgefällten farblosen feinen Nadeln werden abfiltriert und aus Äthanol umkristallisiert,
wobei 0,56 Gew.-Teile Ergosterylpalmitat in Form von farblosen Plättchen erhalten wird.
Die nach Entfernung der rohen Kristalle von Ergosterylpalmitat durch Filtration erhaltene Mutterlauge
wird eingedampft und der Rückstand in Chloroform gelöst. Die Chloroformlösung wird der
Säulenchromatographie an Kieselgel unterworfen. Die nach der Elution von Ergosterylpalmitat folgenden
Fraktionen werden aufgefangen und eingeengt, wobei 0,15 Gew.-Teile Ergosterin als gelbes Pulver erhalten
wird. Das Produkt hat die gleichen physikalischen und
chemischen Eigenschaften wie eine authentische Probe von Ergosterin.
1000 Raumteile eines Nährmediums (pH 6,5), das 13%
η-Paraffin (Gemisch von Tetradecan, Pentadecan und Hexadecan), 7% Polypepion S, 0,8% KH2PO4, 0,2%
K2HPOi. 0,1% FeSO4 · 7 H2O, 0,05% MgSO4 - 7 H2O,
0,01% CaCl2 - 2 H2O, 0,5% Sojabohnenöl, 0,5% PoIyoxyäthylensorbitanmonostearat
und 1% CaC03 (getrennt sterilisiert) enthält, wird in einen Fermenter mit
einem Fassungsvermögen von 3000 Raumteilen gegossen. Nach der Sterilisation für 20 Minuten bei 1200C
wird das Medium mit 50 Raumteilen der auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellten Impfkultur
von Fusarium sp. IFO 8884 geimpfL
Das geimpfte Medium wird auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise bebrütet und gereinigt, wobei 0,58
Gew.-Teile Ergosterylpalmilat und 0,18 Gew.-Teile
Ergosterin erhalten werden.
Fusarium oxysporum IFO 4471 wird in der gleichen
Weise und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 verwendet, wobei 0,3 Gew.-Teile Ergosterylpalmitat
und 0,15 Gew.-Teile Ergosterin aus 1000 Raumteilen Kulturmedium erhalten werden.
1000 Raumteile eines Nährmediums (pH 6,5), das 5% Saccharose, 7% Polypepton S, 0,8% KH2PO4, 0.2%
K2HPO4, 0,1% FeSO4 · 7 H2O, 0,05% MgSO4 · 7 H2O,
0,01 % CaCl2 ■ 2 H2O, 0,5% Poiyoxyäthylensorbitanmoi.ostearat,
1 % CaCO3 und 5% η-Paraffin (Gemisch von Decan, Undecan, Dodecan und Tridecan) enthält, wird
mit einer Impfkultur von Cephalosporium coremioides IFO 8579 auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise
geimpft und 90 Stunden bebrüieL Das Kulturmedium wird auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise
aufgearbeitet, wobei 0,52 Gew.-Teile Ergosterylpalmitat und 0,23 Gew.-Teile Ergosterin erhalten werden.
1000 Raumteile eines Nährmediums (pH 6,5), das 13% η-Paraffin (Gemisch von Heptadecan, Octadecan,
Nonadecan und Eicosan), 7% Polypepton S, 0,8% KH^PO4, 0,2% K2HPO4, 0,1% FeSO; - 7 H2O, 0,05%
MgSO4 · 7 H2O, 0,01% CaCl2 - 2 H2O, 0,5% Sojabohnenöl,
0,5% Polyoxyäthylensorbitanmonostearat und 1% CaCO3 (getrennt sterilisiert) enthält, wird in einen
Fermenter mit einem Fassungsvermögen von 3000 Raumteilen gegossen. Nach Sterilisation für 20 Minuten
bei 1200C wird das Medium mit 50 Raumteilen der gemäß Beispiel 1 hergestellten Impfkultur von Fusarium
sp. IFO 8884 geimpft.
Das geimpfte Medium wird auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise bebrütet und gereinigt, wobei 0,51
Gew.-Teile Ergosterylpalmitat und 0,15 Gew.-Teile Ergosterin erhalten werden.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Ergosterin oder seinen Estern, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Mikroorganismen Trichoderma sp. IFO 6355, Trichoderma viride IFO 9066, Fusarium sp.
IFO 8884, Fusarium oxy.sporum IFO 4471, Fusarium roseum IFO 7189, Cephalosporium coremioides IFO
8579 oder Cephalosporium sclerotigenum IFO 8385 in ein Nährmedium impft, die Kultur bebrütet, bis
sich Ergosterin oder seine Ester im Kulturmedium angehäuft haben, und das Ergosterin in freier Form
oder seine Ester aus dem Kulturmedium isoliert
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Nährmedien verwendet werden, die
η-Paraffine mit 10 bis 20 C-Atomen als Kohlenstoffquellen enthalten.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1076572A JPS5541756B2 (de) | 1972-01-28 | 1972-01-28 |
Publications (2)
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